阅读说明：本技术 泥浆循环罐的液面测量装置及方法 (Liquid level measuring device and method for slurry circulation tank ) 是由 刘锋报 尹达 孙爱生 刘潇 晏智航 郭秋田 刘德智 于 2019-03-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种泥浆循环罐的液面测量装置及方法,该方法,包括采用声波发射器和接收器、泥浆循环罐、测量管,以及处理器等测量装置,其中,所述测量管的一端伸入所述泥浆循环罐内,且所述测量管的一端浸没在液面以下,所述测量管的另一端与所述声波发射器和接收器连接；所述声波发射器和接收器测量所述测量管内的液面数据,并将所述液面数据发送给所述处理器。本发明提高了泥浆循环罐液面测量的精准度,同时提高处理溢流及漏失的效率,有效降低钻井周期和钻井成本,确保钻井施工的安全。(The invention provides a liquid level measuring device and a method of a slurry circulating tank, and the method comprises measuring devices such as an acoustic wave emitter and a receiver, the slurry circulating tank, a measuring pipe and a processor, wherein one end of the measuring pipe extends into the slurry circulating tank, one end of the measuring pipe is immersed below the liquid level, and the other end of the measuring pipe is connected with the acoustic wave emitter and the receiver; the acoustic transmitter and receiver measure liquid level data within the measurement tube and send the liquid level data to the processor. The invention improves the accuracy of measuring the liquid level of the slurry circulation tank, improves the efficiency of treating overflow and leakage, effectively reduces the drilling period and the drilling cost, and ensures the safety of drilling construction.)

泥浆循环罐的液面测量装置及方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气钻井液技术领域，尤其涉及一种泥浆循环罐的液面测量装置及方法。

背景技术

随着科技进步与发展，油气行业逐渐成为全球经济的重要推动力和现代社会正常运行的重要支柱，石油和天然气在全球能源消费总量中占重要的地位。

目前，高科技与油气行业的相互结合和渗透促进石油石化工艺、装备水平的提高，加快了石油石化产品的更新、油气探勘开采，其中泥浆循环罐主要应用于石油钻井固控系统等，具有高度防腐、防锈，使用寿命长等优点。

然而，影响泥浆循环罐计量准确度的因素很多，比如人为因素，设备计量的准确度，钻井液气泡、钻井液液面波动，测量规范以及罐底沉砂等，都制约着液面测量的准确度。随着钻井深度和难度的增加，井下的工况也更加复杂，多种因素综合影响泥浆循环罐液面的测量，造成对泥浆循环罐液面的测量精准度不佳，严重时甚至会影响井控工作。

发明内容

本发明提供一种泥浆循环罐的液面测量装置及方法，以提高了泥浆循环罐液面测量的精准度，同时提高处理溢流及漏失的效率，有效降低钻井周期和钻井成本，确保钻井施工的安全。

第一方面，本发明实施例提供的一种泥浆循环罐的液面测量装置，包括：

声波发射器和接收器、泥浆循环罐、测量管，以及处理器，其中所述测量管的一端伸入所述泥浆循环罐内，且所述测量管的一端浸没在液面以下，所述测量管的另一端与所述声波发射器和接收器连接；所述声波发射器和接收器测量所述测量管内的液面数据，并将所述液面数据发送给所述处理器。

在一种可能的设计中，所述声波发射器和接收器通过发射声波信号，以及接收声波信号的反射信号来测量所述测量管内的液面高度，其中，所述测量管内的液面高度与所述泥浆循环罐中的液面高度一致。

在一种可能的设计中，还包括用于连接所述声波发射器和接收器、所述处理器的数据传输线；所述声波发射器和接收器通过所述数据传输将测得的液面数据发送给所述处理器。

在一种可能的设计中，所述测量管的主管路上还设置注入管，所述注入管的一端与所述测量管的主管路连通，所述注入管的另一端为开口端，且所述开口端高于所述泥浆循环罐的液面，所述注入管用于向所述测量管中加入消泡剂。

在一种可能的设计中，所述数据传输线采用防爆材料制成。

在一种可能的设计中，还包括与所述处理器电连接的报警器，所述报警器用于在液面数据异常时，发出报警信号。

第二方面，本发明实施例提供的一种泥浆循环罐的液面测量方法，应用第一方面中任一项所述的泥浆循环罐的液面测量装置，所述方法包括：

声波发射器和接收器向测量管发出声波信号，并接收所述声波信号接触所述测量管内的液面时生成的反射信号；

声波发射器和接收器对所述反射信号进行分析，得到测量管内的液面数据；

声波发射器和接收器将所述液面数据发送给处理器；

处理器对所述液面数据进行分析，得到泥浆循环罐的液面高度。

在一种可能的设计中，在声波发射器和接收器向测量管发出声波信号之前，还包括：

检测泥浆循环罐的液面是否含有气泡，若泥浆循环罐的液面含有气泡，则在所述测量管内注入消泡剂。

在一种可能的设计中，还包括：

在预设的时间段内，多次测量泥浆循环罐的液面高度；

计算所述液面高度的平均值，并将所述平均值作为最终的液面高度。

在一种可能的设计中，还包括：

将当前液面高度与上一次液面高度进行比较，若检测到所述当前液面高度与上一次液面高度的差值不在预设的阈值范围内时，通过报警器发出报警信号。

若所述当前液面高度与上一次液面高度的差值在预设的阈值范围内时，输出所述当前液面高度。

本发明提供一种泥浆循环罐的液面测量装置及方法，该方法，包括采用声波发射器和接收器、泥浆循环罐、测量管，以及处理器等测量装置，其中，所述测量管的一端伸入所述泥浆循环罐内，且所述测量管的一端浸没在液面以下，所述测量管的另一端与所述声波发射器和接收器连接；所述声波发射器和接收器测量所述测量管内的液面数据，并将所述液面数据发送给所述处理器。本发明提高了泥浆循环罐液面测量的精准度，同时提高处理溢流及漏失的效率，有效降低钻井周期和钻井成本，确保钻井施工的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的泥浆循环罐的液面测量方法的流程图；

图6为本发明实施例六提供的泥浆循环罐的液面测量方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

图1为本发明实施例一提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的泥浆循环罐的液面测量装置可以包括声波发射器和接收器11、泥浆循环罐12、测量管13以及处理器14。

具体的，测量管13的一段伸入泥浆循环罐12内，且测量管13的一端浸没在液面一下，测量管13的另一端与声波发射器和接收器11连接，声波发射器和接收器11测量该测量管13内的液面数据，并将液面数据发送给处理器14。在一种可选的实施例中，探测石油与天然气钻井时，地面系统需要有能力满足建立循环的需要，同时也应该考虑到储备钻井液准备和预处理问题。如果现场不能够尽快配制钻井液来补偿这些损失，就需要储备钻井液或预处理的钻井液混入固控循环系统来维持合适的体积，故需要配备泥浆循环罐12。

本实施例中，在泥浆循环罐12中加入测量管13，测量管13的一段伸入泥浆循环罐12内，且测量管13的一端浸没在液面一下，根据“U”形管原理，有效连通测量管内与管外液面，确保测量管内的液面与泥浆循环罐内的液面一致，即测量该测量管内液面高度就可以获得泥浆循环罐的液面高度；同时可以阻止测量管外的气泡进入该测量管内，提高测量的准确性。在一种可选的实施例中，从测量管的侧面还可以观察到该测量管内液面是否有气泡。测量管的另一端与声波发射器和接收器连接，参考图1该声波发射器和接收器安装在测量管的上部，依靠声波来测量该测量管中的液面高度，具体通过发射声波信号，以及接收声波信号的反射信号来测量，在一种可选的实施例中，该声波发射器和接收器最高测量频率为20次/分钟。该声波发射器和接收器还可以多次测量该测量管中液面高度，将多次测量的液面高度数据发送至处理器14。处理器内安装有测量软件，对多次测量的液面高度数据求取平均值，以提高泥浆循环罐液面测量的准确度。

在一种可选的实施例中，泥浆循环罐多为方形罐，底座采用工字钢为主梁加上其它型材，在满足其强度要求的基础上做成撬型结构。该泥浆循环罐循环系统根据罐底部形状分为方形罐和锥形罐。罐体采用平板锥形结构或瓦楞结构,钢板与型钢组焊。其罐面及走廊采用防滑钢板和防滑条形网板,罐面栏杆采用方钢管制作，为无障碍可折叠结构，插接牢固，罐面网板采用浸锌处理。上罐梯子采用槽钢做主体，用防滑条形网板做踏板，双侧护栏设有保险挂钩。石油钻井泥浆循环罐设标准防砂、防雨棚，罐内设置暖气保温管线。

声波发射器和接收器将测量到的该测量管内的液面数据发送给处理器。在一种可选的实施例中，声波发射器和接收器通过数据传输线与处理器连接，声波发射器和接收器通过数据传输线将测量的液面数据发送给处理器。

在一种可选的实施例中，声波发射器和接收器通过发射声波信号，以及接收声波信号的反射信号来测量该测量管中的液面高度，其中，该测量管内的液面高度与泥浆循环罐中的液面高度一致。

具体的，在泥浆循环罐中加入测量管，根据“U”形管原理，有效连通测量管内与管外液面，确保测量管内的液面与泥浆循环罐内的液面一致，同时可以阻止测量管外的气泡进入该测量管内，提高测量的准确性。在一种可选的实施例中，该测量管直径为30cm，测量精确度可以到达0.1mm；采用耐腐蚀，具有抗碱、抗油、抗酸腐蚀性的材料制成。

图2为本发明实施例二提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图，如图2所示，本实施例的泥浆循环罐的液面测量装置还包括用于连接声波发射器和接收器、处理器的数据传输线15；声波发射器和接收器通过数据传输线15将测得的液面数据发送给处理器。

具体的，参考图2声波发射器和接收器11通过数据传输线15将测得的液面数据发送给处理器14。

本实施例中，声波发射器和接收器11安装在测量管13上部，以最高测量频率20次/分钟对测量管内的液面进行测量。在一种可选的实施例中，声波发射器和接收器11经过多次测量该测量管13的液面高度，将多次测量的液面高度数据通过数据传输线15发送至处理器14，该处理器对多次测量的液面高度数据求取平均值。

在一种可选的实施例中，数据传输线15需要防爆，故采用防爆材料制成。例如，采用铝合金材料制成最佳蜂窝状网眼结构，制造出的产品内部结晶发生改变且均匀，增加轫性和延伸性、折弯性、弹性，同时这种特殊结构在单位体积具有较好的导热性，可以迅速地将燃烧释放出的绝大部分热量吸收掉，使燃烧反应后的最终温度大大降低，反应气体的膨胀程序为缩小，容器的压力值增高很小，具有良好的抑爆性能。

图3为本发明实施例三提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图，如图3所示，本实施例的泥浆循环罐的液面测量装置在测量管13的主管路上还设置注入管16。

具体的，注入管16的一端与测量管13的主管路连通，注入管的另一端为开口端，且该开口端高于泥浆循环罐12的液面，该注入管16用于向测量管13中加入消泡剂。

本实施例中，在测量管13的主管路上设置注入管16，该注入管16为敞开管，该注入管16的一端与测量管13的主管路连通，另一端为开口端，且该开口端高于泥浆循环罐12的液面。在一种可选的实施例中，注入管可以采用耐腐蚀钢管，用于向测量管13中加入消泡剂。当泥浆循环罐中钻井液中含有气泡时，一般的测量液面高度设备不能完全消除气泡的影响，但采用图3所示的泥浆循环罐的液面测量装置可以完全消除气泡对测量液面高度的影响，提高测量的准确度。从注入管16的开口端注入消泡剂，该消泡剂最终进入测量管13中，可以及时消除测量管13内的气泡，同时该测量管13能够隔绝测量管外的气泡对测量管内液体的影响，增加测量的精确度。待测量管内的气泡消除后，利用声波发射器和接收器11对测量管13的液面进行测量。

在一种可选的实施例中，参考图1，在图1所示的泥浆循环罐的液面测量装置基础上设置注入管16，具体在测量管13的主管路上设置注入管16进行泥浆循环罐液面测量，其具体实现过程和技术原理参见图3所示的相关描述，此处不再赘述。本领域的技术人员可以根据实际情况具体采用上述适当的装置测量以获得更好的效果。

图4为本发明实施例四提供的泥浆循环罐的液面测量装置的结构示意图，如图4所示，本实施例的泥浆循环罐的液面测量装置还可以包括报警器17。

具体的，报警器17与处理器14电连接，用于在液面数据异常时，发出报警信号。

本实施例中，报警器17与处理器14电连接，用于在液面数据异常时，发出报警信号。在一种可选的实施例中，该报警器的红色指示灯亮，并发出“辟-辟”的报警声。在一种可选的实施例中，在预设的时间段内多次测量泥浆循环罐的液面高度；计算所述液面高度的平均值，并将所述评均值作为最终的当前液面高度。将当前液面高度与上一次液面高度进行比较，若检测到所述当前液面高度与上一次液面高度的差值不在预设的阈值范围内时，通过报警器发出报警信号。在一种可选的实施例中，若人为在泥浆循环罐中加入钻井液时，可以对报警器提前进行设定此时不进行报警等等。在一种可选的实施例中，报警器可以包括电子报警器，其安装时需注意，蜂鸣器引线的焊接，电焊功率不宜过大，上锡时间尽可能短。安装时先将蜂鸣器片一端装入助声腔，另一端用小螺丝刀等工具往外拨然后用手推到位。

图5为本发明实施例五提供的泥浆循环罐的液面测量方法的流程图，如图5所示，本实施例的泥浆循环罐的液面测量方法可以包括：

S101、声波发射器和接收器向测量管发出声波信号，并接收所述声波信号接触所述测量管内的液面时生成的反射信号。

S102、声波发射器和接收器对所述反射信号进行分析，得到测量管内的液面数据。

具体的，声波发射器和接收器依靠声波可以测量测量管内的液面高度，在一种可选的实施例中，该声波发射器和接收器安装在测量管的上部，声波发射器和接收器向测量管发出声波信号，并接收声波信号接触该测量管内的液面时生成的发射信号。例如，声波发射器向测量管液面方向发射声波，在发射的同时开始计时，声波在空气中传播，当接触答测量管内的液面就立即返回来，声波接收器收到反射波信号就立即停止计时。声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距测量管液面的距离s，即：s＝340m/s×t/2。进一步获得测量管内的液面数据。

本实施例中，声波发射器和接收器安装在测量管的上部(参考图1)，从测量管的侧面可以观察测量管内的液面是否含有气泡，若检测测量管内液面没有气泡，即测量管内与测量管外(即泥浆循环罐内)液面的高度一致，声波发射器和接收器向测量管内的液面发出声波信号，并接收该声波信号接触该测量管内的液面时生成的发射信号。进而分析获得测量管内的液面数据。

在一种可选的实施例中，利用声波发射器和接收器测得的液面高度从串口中显示。例如，使用Arduino采用数字引脚给SR04的Trig引脚至少10μs的高电平信号，触发SR04模块测距功能；触发后，模块会自动发送8个40KHz的超声波脉冲，并自动检测是否有信号返回。如有信号返回，Echo引脚会输出高电平，高电平持续的时间就是声波从发射到返回的时间。此时，我们能使用pulseIn()函数获取到测量的液面结果。在一种可选的实施例中，声波发射器和接收器的性能指标影响着测量的精准度。例如工作频率，当加到声波发射器和接收器两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高，有助提高测量的精准度。又例如工作温度，当工作温度比较低时，可以保证长时间地有效工作而不失效。再例如，灵敏度，声波发射器和接收器的机电耦合系数大，灵敏度高有效提高测量的精准度。

在一种可选的实施例中，在声波发射器和接收器向测量管发出声波信号之前，还包括：检测泥浆循环罐的液面是否含有气泡，若泥浆循环罐的液面含有气泡，则在所述测量管内注入消泡剂。

本实施例中，泥浆循环罐中加入测量管，测量管的下部浸没在液面以下，声波发射器和接收器安装在测量管的上部(参考图1)，检测泥浆循环罐的液面是否含有气泡，若泥浆循环罐的液面含有气泡，则在该测量管内加入消泡剂。在一种可选的实施例中，在该测量管的主管路上设置注入管，该注入管为敞开管(例如材料为耐腐蚀钢管)该注入管的一端与测量管的主管路连通，该注入管的另一端为开口端，且该开口端高于泥浆循环罐的液面，利用该注入管向测量管中加入消泡剂，可以完全消除气泡，增加测量的准确度，消除气泡后，声波发射器和接收器测量测量管内液面高度，声波发射器和接收器向测量管内的液面发出声波信号，并接收该声波信号接触该测量管内的液面时生成的发射信号。进而分析获得测量管内的液面数据。

在一种可选的实施例中，从测量管的侧面可以观察测量管内的液面是否含有气泡，若检测测量管内液面有气泡，通过测量管主管路上的开口注入管向测量管内注入消泡剂，及时消除测量管内液面的气泡，同时测量管能隔绝测量管外气泡对测量管内液面的影响，提高测量的精准度。消除气泡后，声波发射器和接收器测量测量管内液面高度，声波发射器和接收器向测量管内的液面发出声波信号，并接收该声波信号接触该测量管内的液面时生成的发射信号。进而分析获得测量管内的液面数据。

在一种可选的实施例中，在预设时间段内，通过声波发射器和接收器来测量测量管内液面高度，使用声波发射器和接收器向测量管内的液面多次发出声波信号，并接收该声波信号接触该测量管内的液面时生成的多次发射信号。获得多次测量泥浆循环罐的液面高度值；进而计算这些液面高度的平均值，并将该平均值作为最终的液面高度。

S103、声波发射器和接收器将所述液面数据发送给处理器。

具体的，参考图2声波发射器和接收器通过数据传输线与处理器连接，该声波发射器和接收器将测量的测量管内的液面数据通过该数据传输线发送至该处理器。

S104、处理器对所述液面数据进行分析，得到泥浆循环罐的液面高度。

具体的，在一种可选的实施例中，在预设的时间段内，多次测量泥浆循环罐的液面高度；计算所述液面高度的平均值，并将所述平均值作为最终的液面高度。

本实施例中，声波发射器和接收器的测量频率20次/分钟，在预设的时间段内，例如2分钟，获得6次测量泥浆循环罐的液面高度；最终计算该6次液面高度的平均值，并将该平均值作为最终的液面高度。在一种可选的实施例中，采用本发明的泥浆循环罐的液面测量装置测量液面的精准度可以达到0.1mm。

图6为本发明实施例六提供的泥浆循环罐的液面测量方法的流程图，如图6所示，本实施例的泥浆循环罐的液面测量方法可以包括：

S201、声波发射器和接收器向测量管发出声波信号，并接收所述声波信号接触所述测量管内的液面时生成的反射信号。

S202、声波发射器和接收器对所述反射信号进行分析，得到测量管内的液面数据。

S203、声波发射器和接收器将所述液面数据发送给处理器。

S204、处理器对所述液面数据进行分析，得到泥浆循环罐的液面高度。

本实施例中，步骤S201～步骤S204的具体实现过程和技术原理参见图5所示的方法中步骤S101～步骤S104相关描述，此处不再赘述。

S205、将当前液面高度与上一次液面高度进行比较，若检测到所述当前液面高度与上一次液面高度的差值不在预设的阈值范围内时，通过报警器发出报警信号。若所述当前液面高度与上一次液面高度的差值在预设的阈值范围内时，输出所述当前液面高度。

本实施例中，声波发射器和接收器的测量频率20次/分钟，当前液面高度例如为1000.00mm，上一次液面高度为300.00mm，将1000.00mm与300.00mm进行比较，检测到当前液面高度与上一次液面高度的差值±700mm不在预设的阈值范围内，进而通过报警器发出报警信号，在一种可选的实施例中，例如预设的阈值范围为{-500.00，+500.00。若检测当前液面高度与上一次液面高度的差值在预设的阈值范围内，例如±300mm，则输出该当前液面高度，例如1500mm。

在一种可选的实施例中，即使泥浆循环罐内液面的波动较大，本发明的泥浆循环罐的液面测量装置也可以按照检测该泥浆循环罐的液面不含有气泡的方法测量，因为测量管内的液面波动几乎不受泥浆循环罐内的液面波动的影响，故按照检测该泥浆循环罐的液面不含有气泡的方法测量对测量精度无影响，且其具体实现过程和技术原理参见上述的相关描述，此处不再赘述。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当用户设备的至少一个处理器执行该计算机执行指令时，用户设备执行上述各种可能的方法。

其中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。